调控磁场在冷原子系统中实现拓扑量子态

4月7日,物理学权威学术期刊《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett.)刊发了华中科技大学物理top quantum comp editorial figure学院许志芳教授与合作者的最新研究成果《超冷原子系统中的拓扑磁晶格》(Dynamical Generation of Topological Magnetic Lattices for Ultracold Atoms),许志芳为该论文唯一通讯作者。

拓扑绝缘体是一类具有无能隙边缘激发的特殊绝缘体。其中实现一种破缺时间反演的拓扑态的简单模型是由Haldane早在1988年提出的。这种模型的一个很重要的特点是不需要由外加磁场产生的Landau能级。虽然这个模型被提出来很多年了,但是直到2014年才由苏黎世联邦理工学院的Esslinger小组在超冷原子系统中实现。实验中,他们把几束激光照在中性的原子团上。由于光与原子间的相互作用,原子会感受到一个有效的二维周期性六角形光学势阱。进一步,通过调节实验参数,他们让光晶格抖动起来,实现了拓扑的布洛赫能带。

许志芳与清华大学物理系尤力教授、吕嵘教授及博士生余金龙合作,提出了一种可以在冷原子系统中实现拓扑量子态的新方案。与其他方案不同的是,该方案不需要由激光产生的周期性势阱,只通过磁场调控就可以在超冷原子体系中实现拓扑非平庸的磁晶格。在绝热极限下,描述该系统的等效哈密顿量,可以映射到Haldane模型。通过调节磁场参数,该系统还可以实现由拓扑绝缘体到拓扑平庸的绝缘体之间的拓扑相变(,并且在相变点附近可以实现拓扑平带。该方案是首个用纯磁场调控的方法实现拓扑态的方案,为超冷原子体系中拓扑态的研究开辟了一条新的途径。

许志芳于2015年加盟物理学院引力中心原子分子光物理研究团队,入选中组部第十二批“青年千人”计划。此前他曾在日本、美国从事研究工作,长期致力于超冷原子量子气体的研究。该工作得到了国家自然科学基金委的经费资助。

论文链接:http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.116.143003

(据华中科技大学)

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